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報道関係各位
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2024年08月16日
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　超音波システム研究所
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シャノンのジャグリング定理を応用した、超音波のダイナミック制御技術

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超音波システム研究所は、
超音波の音圧データ解析結果、バイスペクトルの変化による、
超音波伝搬現象に関する分類方法を開発しました。
この分類を、シャノンのジャグリング定理に応用して
「メガヘルツ超音波のダイナミック制御方法」を開発しました

この技術を、コンサルティング提案・実施対応しています。

超音波伝搬現象を、安定して効率よく利用するためには
超音波の伝搬特性として、発振機や振動子以外の条件に関する
応答特性・相互作用の検討や
専用治工具の開発も必要です

発振波形や制御条件を検討することで
新しい超音波の効果（注１：オリジナル非線形共振現象）を発見できます
非線形現象を主要因とした、超音波現象を目的に合わせて利用することで
効率の高い超音波利用が実現します

特に、ナノレベルの超音波技術での実績が増えています

注１：オリジナル非線形共振現象
　オリジナル発振制御により発生する高調波の発生を
　共振現象により高い振幅に実現させたことで起こる
　超音波振動の共振現象


＜制御について＞

各種データの時系列変化の様子を解析・評価して、
時間で移動するボールのジャグリング状態に相当する
超音波伝搬現象の「サイクル」と、「影響範囲」について
超音波伝搬現象の分類（線形型、非線形型、ミックス型、変動型）から
変動型のダイナミック制御として
論理モデルを構成します

この論理モデルからボールＮ個のジャグリング状態を設定して制御を行い、
音圧測定解析により、非線形現象（バイスペクトル）の調整を行うと、
システムの状態に適した制御が実現し、
効率の高い超音波システムとなります


＜＜　シャノンのジャグリング定理の応用　＞＞

注：JUGGLING THEOREM proposed by Claude E. Shannon

シャノンのジャグリング定理

(　F　+　D　)　＊　H　=　(　V　+　D　)　＊　N

F　：　ボールの滞空時間（Flight time）
D　：　手中にある時間（Dwelling time）
H　：　手の数（Hands）
V　：　手が空っぽの時間（Vacant time）
N　：　ボールの数（Number of balls）

＜＜　応用　＞＞

(　F　+　F2　+・・・)　＊　H　=　(　V　+　V2　+・・・　)　＊　N

F　：　ベースとなる超音波１の発振比率
F2　：　ベースとなる超音波２の発振比率
F3　：　ベースとなる超音波３の発振比率
H　：　基本時間（最大制御サイクル時間）
　（　H=MAX(超音波1の発振サイクル、超音波2の発振サイクル・・））

V　：　超音波プローブ１によるメガヘルツ発振サイクル時間
V2　：　超音波プローブ2によるメガヘルツ発振サイクル時間
V3　：　超音波プローブ3によるメガヘルツ発振サイクル時間
V4　：　超音波プローブ4によるメガヘルツ発振サイクル時間
　（パルス発振の場合、サイクル時間＝1）
N　：　高調波の調整パラメータ　7,11,13,17,23,43,47，・・

ポイント（ノウハウ）は、非線形現象の発生状態を
　音圧データの測定解析評価に基づいて、コントロールすることです。


超音波プローブ：概略仕様
測定範囲 ０．０１Ｈｚ～１００ＭＨｚ
発振範囲 １ｋＨｚ～２５ＭＨｚ
伝搬範囲 １ｋＨｚ～９００ＭＨｚ以上
材質 ステンレス、ＬＣＰ樹脂、シリコン、テフロン、ガラス・・・
発振機器 例 ファンクションジェネレータ

＜対象物・設置状態・・・の音響特性＞を把握することで
表面弾性波（伝搬状態）のダイナミック制御を実現しました。
各種目的（洗浄、攪拌・・）に合わせた伝搬状態を実現します

超音波システム研究所は、
多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析技術を応用した、
「超音波の伝搬状態を測定・解析・評価する技術」を利用して
利用目的に合わせた、超音波プローブの特性を確認評価しています。

＜＜超音波の音圧データ解析・評価＞＞

１）時系列データに関して、
多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析により
測定データの統計的な性質（超音波の安定性・変化）について
解析評価します

２）超音波発振による、発振部が発振による影響を
インパルス応答特性・自己相関の解析により
対象物の表面状態・・に関して
超音波振動現象の応答特性として解析評価します

３）発振と対象物（洗浄物、洗浄液、水槽・・）の相互作用を
パワー寄与率の解析により評価します

４）超音波の利用（洗浄・加工・攪拌・・）に関して
超音波効果の主要因である対象物（表面弾性波の伝搬）
あるいは対象液に伝搬する超音波の
非線形（バイスペクトル解析結果）現象により
超音波のダイナミック特性を解析評価します

この解析方法は、
複雑な超音波振動のダイナミック特性を
時系列データの解析手法により、
超音波の測定データに適応させる
これまでの経験と実績に基づいて実現しています。

注：解析には下記ツールを利用します
注：OML(Open Market License)
注：TIMSAC(TIMe Series Analysis and Control program)
注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境

超音波の伝搬特性
１）振動モードの検出（自己相関の変化）
２）非線形現象の検出（バイスペクトルの変化）
３）応答特性の検出（インパルス応答の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）

注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
　autcor：自己相関の解析関数
　bispec：バイスペクトルの解析関数
　mulmar：インパルス応答の解析関数
　mulnos：パワー寄与率の解析関数


参考

超音波伝搬現象の分類
http://ultrasonic-labo.com/?p=10908

超音波洗浄機の「流れとかたち・コンストラクタル法則」
http://ultrasonic-labo.com/?p=17107

超音波技術：多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析
http://ultrasonic-labo.com/?p=15785

超音波発振による相互作用
http://ultrasonic-labo.com/?p=17204

ファインバブルを利用した超音波洗浄機
http://ultrasonic-labo.com/?p=11902

超音波の音圧測定解析システム「超音波テスターＮＡ」
http://ultrasonic-labo.com/?p=16120

超音波振動子を、超音波の利用目的に合わせて制御する方法
http://ultrasonic-labo.com/?p=9888

シャノンのジャグリング定理を応用した「超音波制御」方法
http://ultrasonic-labo.com/?p=1753

ジャグリング定理を応用した「超音波制御」方法
http://ultrasonic-labo.com/?p=19322

超音波＜発振制御＞技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=5267

オリジナル超音波システムの開発技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1546

超音波＜計測・解析＞事例
http://ultrasonic-labo.com/?p=1705

＜樹脂の音響特性＞を利用した超音波システム
http://ultrasonic-labo.com/?p=7563

流れと音と形の観察：コンストラクタル法則
http://ultrasonic-labo.com/?p=7302

超音波振動子の設置方法による、超音波制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1487


シャノンのジャグリング定理を応用した「メガヘルツの超音波制御」方法
https://www.ipros.jp/catalog/detail/586564
https://www.aperza.com/catalog/page/10010511/53668/

シャノンの第一定理に関する経験ーーオリジナル技術開発ーー
https://www.ipros.jp/catalog/detail/768701
https://www.aperza.com/catalog/page/10010511/75817/


【本件に関するお問合せ先】
超音波システム研究所
住所：〒192-0046　
　　　東京都八王子市明神町２丁目25-3
　　　ＳＯＨＯプラザ京王八王子　303
担当　　斉木　
電話　０９０－３８１５－３８１１
メールアドレス　　info@ultrasonic-labo.com
（できるだけ，メールアドレスに，お問い合わせ下さい。）
ホームページ　　http://ultrasonic-labo.com/

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キーワード

超音波洗浄機 超音波洗浄 ダイナミック制御 ジャグリング シャノン キャビテーション ファインバブル発生装置 音響流 超音波システム 数学と工学